Bridging the Skill Gap in Engineering Education: Designing Learning Factories for Industry 4.0 and 5.0

In recent decades, the rapid advancement of technology has revolutionized industries, particularly within the context of Industry 4.0 (I4.0), where automation, digitalization, and interconnected systems have become central to manufacturing processes. As Industry 5.0 (I5.0) emerges, emphasizing human-centricity, sustainability, and resilience, the skill demands on engineering graduates have intensified. This thesis explores the evolving educational requirements driven by these industrial transformations, focusing on the integration of experiential learning models, particularly Learning Factories (LFs), into higher education. Through a systematic literature review and empirical research, this study investigates the key dimensions of effective learning environments, including pedagogy, learning spaces, and technology. It develops a conceptual framework that underscores the critical role of these dimensions in shaping students' learning experiences, especially in preparing them for the technological and societal challenges of I4.0 and I5.0. The research includes surveys and expert interviews, which validate the framework and demonstrate the impact of LFs in fostering essential technical and non-technical skills, such as problem-solving, collaboration, and adaptability. The findings indicate that LFs provide a practical and immersive approach to education, offering students hands-on experience with cutting-edge industrial technologies in a controlled environment. This approach bridges the gap between theoretical knowledge and practical application, ensuring that students are equipped with the competencies required for the future workforce. The research also provides actionable guidelines for Higher Education Institutions (HEIs) to design and implement effective learning environments that align with industry needs and technological advancements. This thesis contributes both to academic literature and practical applications in engineering education, offering insights into how experiential learning models can be utilized to address the skill gaps presented by I4.0 and I5.0. It emphasizes the importance of human-centric educational practices and the integration of advanced technologies, preparing students not only for industrial success but also for contributing to a sustainable and inclusive future.

Negli ultimi decenni, il rapido avanzamento della tecnologia ha rivoluzionato le industrie, in particolare nel contesto di Industria 4.0 (I4.0), dove automazione, digitalizzazione e sistemi interconnessi sono diventati centrali nei processi manifatturieri. Con l'emergere di Industria 5.0 (I5.0), che pone l'accento sulla centralità umana, sostenibilità e resilienza, le competenze richieste ai laureati in ingegneria sono diventate sempre più complesse. Questa tesi esplora i requisiti educativi in evoluzione, guidati da queste trasformazioni industriali, con un focus sull'integrazione di modelli di apprendimento esperienziale, in particolare le Learning Factories (LFs), nell'istruzione superiore. Attraverso una revisione sistematica della letteratura e una ricerca empirica, questo studio indaga le principali dimensioni di ambienti di apprendimento efficaci, includendo pedagogia, spazi di apprendimento e tecnologia. Viene sviluppato un quadro concettuale che sottolinea il ruolo cruciale di queste dimensioni nel modellare le esperienze di apprendimento degli studenti, in particolare nel prepararli alle sfide tecnologiche e sociali di I4.0 e I5.0. La ricerca include sondaggi e interviste con esperti, che convalidano il quadro e dimostrano l'impatto delle Learning Factories nello sviluppo di competenze tecniche e trasversali essenziali, come il problem-solving, la collaborazione e l'adattabilità. I risultati indicano che le LFs offrono un approccio pratico e immersivo all'educazione, fornendo agli studenti esperienze dirette con tecnologie industriali all'avanguardia in un ambiente controllato. Questo approccio colma il divario tra conoscenza teorica e applicazione pratica, garantendo che gli studenti siano dotati delle competenze richieste dal futuro mercato del lavoro. La ricerca fornisce inoltre linee guida operative per le istituzioni di istruzione superiore (HEIs) per progettare e implementare ambienti di apprendimento efficaci, allineati alle esigenze dell'industria e agli avanzamenti tecnologici. Questa tesi contribuisce sia alla letteratura accademica sia alle applicazioni pratiche nell'ambito dell'educazione ingegneristica, offrendo intuizioni su come i modelli di apprendimento esperienziale possano essere utilizzati per affrontare i gap di competenze posti da I4.0 e I5.0. Sottolinea l'importanza di pratiche educative incentrate sull'uomo e sull'integrazione di tecnologie avanzate, preparando gli studenti non solo per il successo industriale, ma anche per contribuire a un futuro sostenibile e inclusivo.